WO1997037440A1 - Station radio a antennes a polarisation circulaire - Google Patents

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WO1997037440A1
WO1997037440A1 PCT/FR1997/000524 FR9700524W WO9737440A1 WO 1997037440 A1 WO1997037440 A1 WO 1997037440A1 FR 9700524 W FR9700524 W FR 9700524W WO 9737440 A1 WO9737440 A1 WO 9737440A1
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coupler
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radio
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polarization
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PCT/FR1997/000524
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Inventor
Thierry Lucidarme
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Nortel Matra Cellular
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H01Q21/245—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction provided with means for varying the polarisation 
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/10—Polarisation diversity; Directional diversity

Definitions

  • the present invention relates to a radio station, usable in particular as a base station in cellular radiotelephony systems.
  • radiocommunication systems with mobiles use base stations provided with antennas with vertical linear polarization.
  • hybrid coupler type devices having a single output connected to the antenna are used.
  • the other output of the hybrid coupler must be connected to a load resistor in order to adapt the impedance. This load resistance dissipates half of the radio power which is not usefully radiated and causes undesirable heating.
  • a drawback of the use of linear polarizations in radiocommunications with mobiles is that the quality of the communication depends on the orientation of the antenna of the mobile. For example, measurements have shown that a vehicle antenna of the coaxial type inclined at 45 ° can cause a signal loss of 80% for a transmission in vertical linear polarization.
  • An object of the present invention is to improve the possibilities offered for transmission by a radiocommunication base station.
  • the invention thus proposes a radio station, comprising two antennas respectively associated with first and second hybrid polarization couplers in transmission, each antenna being arranged to generate two orthogonal electric field components in response to two respective quadrature radio signals delivered by its associated polarization coupler.
  • the station further comprises at least one hybrid distribution coupler having a first output connected to a first input of the first polarization coupler and a second output connected to a first input of the second polarization coupler, and at least one source of radio signal delivering a radio signal to a first input of the distribution coupler.
  • each antenna transmits a portion of the radio signal delivered by the source in circular polarization. Consequently, the quality of reception by the mobile no longer depends on the orientation of its antenna with respect to a direction of linear polarization.
  • the hybrid couplers are connected to each other and to the antennas so that the radio signal delivered by the source is transmitted by the two antennas in the form of two respective radio waves with circular polarization in the same direction.
  • An appropriate relative positioning of the two antennas, and an appropriate choice of the lengths of the coaxial cables connecting the couplers to each other then makes it possible to obtain a gain in directivity on transmission (up to approximately 3dB).
  • Such a gain in directivity makes the base station well suited to the microcellular case, especially when radio penetration is desired inside buildings.
  • the hybrid couplers are connected to each other and to the antennas so that the radio signal delivered by the source is transmitted by the two antennas in the form of two respective radio waves at circular polarization in opposite directions.
  • This provides a diversity of polarization in emission making it possible to combat the effects of fading.
  • This version is well suited in cases where the propagation medium creates relatively little diversity, that is to say when the waves emitted undergo relatively little reflection (propagation in rural areas, desert, sea ).
  • the diversity gain thus obtained can range from 3 to 10 dB.
  • the same type of equipment can thus be used to meet different needs of the network operator.
  • the advantages set out above can be easily obtained for several sources of radio signals.
  • the two coupling stages have the advantage, when several radio sources are connected, of making it possible to radiate usefully all the available power (excluding losses in the duplexers), which avoids dissipating unnecessary heat in the bay.
  • the radio station comprises at least one receiver ensuring a diversity processing of two radio input signals, one of said radio input signals being obtained from an electric field component captured. by one of the two antennas in a first direction, and the other radio input signal being obtained from an electric field component picked up by the other antenna in a second direction orthogonal to said first direction.
  • the receiver then combines the advantages of a spatial diversity and a diversity of polarization to combat fading. Several receivers can be mounted this way.
  • FIG. 1 is a diagram of a radio station according to the invention having a transmission / reception unit;
  • FIG. 2 is a schematic view of a hybrid coupler usable in a station according to one invention;
  • FIG. 3 is a diagram of an alternative embodiment of the station of Figure 1;
  • FIGS. 4 to 6 are diagrams of radio stations according to the invention having two transmit / receive units.
  • FIGS 7 and 8 are diagrams of radio stations according to the invention having four transmitting / receiving units.
  • 3 to 8 comprise two antennas 10, 12 each constituted by two collocated crossed dipoles. For each antenna, the two dipoles are orthogonal, one being intended to be placed vertically, and the other horizontally.
  • Each antenna 10, 12 is associated with a hybrid polarization coupler in respective emission 143, 14 ⁇ .
  • Each of these couplers 143, 14 ⁇ has two outputs, one C3, C4 attacking the horizontal dipole of its associated antenna 10, 12, and the other D3, D4 attacking the vertical dipole of its associated antenna 10, 12.
  • Each polarization coupler 143, 14 ⁇ is chosen so that it produces two radio signals in quadrature on its two outputs C3 and D3, C4 and D4. They can in particular be hybrid couplers of the 0 ° / 90 ° type such as that shown diagrammatically in FIG. 2.
  • Such a coupler comprises a dielectric substrate, provided with a ground plane copper, on which is deposited a conductive copper pattern such as that shown in Figure 2.
  • This pattern consists of two parallel segments Ai-Ci, Bi-Di spaced by ⁇ '/ 4, ⁇ ' denoting the length of wave of radio signals taking into account the relative permittivity of the substrate, and two other segments, also parallel to each other and spaced by ⁇ '/ 4, extending perpendicularly between the segments Ai-Ci and Bi-Di.
  • the radio signal arriving at the input Ai is divided into two half power portions, one in phase delivered by the output Ci, and the other phase-shifted by -90 ° delivered by the output Di and, symmetrically, the radio signal arriving on the input Bi is divided into two portions of power half, one in phase delivered by the output Di, and the other phase shifted by -90 ° delivered by the other output Ci.
  • the components delivered by the outputs Ci and Di of the coupler 14 j _ are thus always in quadrature one compared to the other, so that when they attack the two orthogonal dipoles of the associated antenna, the two components of Orthogonal electric field generated by these dipoles lead to the emission of a radio wave with circular polarization.
  • the direction of circular polarization is different for the radio signal arriving at the input Ai of the coupler and for the radio signal arriving at the input Bi of the coupler.
  • the radio signal arriving at the input Ai is transmitted in left circular polarization (PCG)
  • PCD right circular polarization
  • the inputs A3 and A4 of the polarization couplers 14 3 , 144 are connected by respective coaxial cables to two outputs Cl, Dl of a hybrid distribution coupler 14- ] _.
  • Its input A1 is connected to a source or transmitter of radio signal Tl forming part of a transmission / reception unit TRI.
  • the other input BI of the distribution coupler 14- ⁇ is connected to ground via an impedance matching resistor 16. The same applies to the inputs B3, B4 of the polarization couplers 14 3 , 14 4 .
  • the radio signal delivered by the source T1 is transmitted in PCG by the two antennas 10, 12.
  • ⁇ L denotes the difference in length between the cable coaxial connecting the output Dl of the coupler 14- to the input A4 of the coupler 14 ⁇ and the coaxial cable connecting the output Cl of the coupler 14- j _ to the input A3 of the coupler 143
  • n denotes any integer
  • ⁇ '' designates the wavelength of the radio signals in the coaxial cables
  • the gain in directivity makes the radio station well suited for applications in sectorized base stations or in microcellular network base stations, especially when it is desired to penetrate radio waves into buildings.
  • the receiver RI of the transmission and reception unit TRI is designed to ensure a diversity processing of two radio input signals, as is usual in the field of cellular radiotelephony.
  • the presence of the two antennas 10, 12 in the radio station makes it possible to combine the advantages of spatial diversity and of polarization diversity in the two input signals of the receiver Ri.
  • One of these input signals is the horizontal component of the electric field picked up by the horizontal dipole of the antenna 10, while the other radio input signal is the vertical component of the electric field at another location picked up by the vertical dipole of the other antenna 12.
  • Two duplexers 20 H , 22 v are associated respectively with the horizontal dipole of the antenna 10 and with the vertical dipole of the antenna 12 in order to separate the transmission and reception paths.
  • the embodiment shown in Figure 3 differs from that shown in Figure 1 in that the output Dl of the distribution coupler 14- j _ is connected to the input B4 and not to the input A4 of the polarization coupler 14 4 , the input A4 then being connected to an impedance matching resistor 16.
  • the radio signal originating from the source Tl is transmitted in PCG by the antenna 10 and in PCD by the antenna 12
  • the base station then provides spatial diversity and polarization for the transmission, so that it is well suited to propagation media producing little reflection (rural environment, desert, sea, etc.). Note that the installer of the station can choose the option of a directivity gain or that of a diversity gain simply by connecting the coaxial cable connected to the Dl output of the distribution coupler differently.
  • the radio station comprises a second transmission / reception unit TR2, TR3, with a radio signal source T2, T3 and a diversity receiver R2, R3.
  • TR2 transmission / reception unit
  • T2 radio signal source
  • R2 diversity receiver
  • the distribution coupler 142 has its input A2 connected to the output of the source T2, its input B2 connected to an impedance matching resistor 16, its output C2 connected to the input B3 of the polarization coupler 143, and its output D2 connected to the input B4 of the polarization coupler 14 ⁇ .
  • the radio signal delivered by the source T2 is transmitted in PCD by the two antennas 10, 12, while the radio signal delivered by the source Tl is transmitted in PCG by the two antennas 10, 12. This makes it possible to obtain the advantage of gain in directivity for both radio signal sources.
  • the radio signal from the source T2 is found with a phase shift of -90 ° at the output D2 of the coupler 142, and with a zero phase shift at the output C2 (i.e. a phase shift ⁇ 'of + 90 ° relative to the output D2).
  • the distance d between the two antennas being 0,92. ⁇ , the difference in length .DELTA.L 'between the coaxial cable connecting the output C2 of the coupler 142 1' ed B3 input of the coupler 143 and the coaxial cable connecting the output of D2 coupler 142 at input B4 of coupler 14 4 is of the form (n '- ⁇ ' / 2 ⁇ ) ⁇ '', n 'designating any integer, to obtain a directivity gain of 2.95 dB.
  • duplexers 20 v , 22 H are associated respectively with the vertical dipole of the antenna 10 and with the horizontal dipole of the antenna 12 to separate the transmission and reception paths. These two duplexers supply the receiver R2 of the unit TR2 with its two input radio signals with spatial diversity and polarization.
  • the embodiment shown in Figure 5 differs from that of Figure 4 in that the output Dl of the distribution coupler 14 ⁇ is connected to the input B4 of the polarization coupler 14 4 , while the output B2 of the coupler distribution 142 is linked to the input A4 of the polarization coupler 14 4 .
  • This embodiment thus provides the gain in diversity for the two radio signal sources T1 (PCG on the antenna 10, PCD on the antenna 12) and T2 (PCD on the antenna 10, PCG on the antenna 12) .
  • the embodiment shown in FIG. 6 provides advantages comparable to that of FIG. 5. In this example, there is no second distribution coupler 14 2 , the inputs B3 and A4 of the couplers 14 3 and 14 4 being connected to impedance matching resistors 16.
  • the source T3 of the second transmission / reception unit TR3 is connected to the input BI of the distribution coupler 14-1 / so that the radio signal that it delivers is emitted in PCG by the antenna 10 and in PCD by the antenna 12.
  • the dividing coupler 14 5 has its input A5 connected to the duplexer 22 ⁇ , and its input B5 connected to an impedance matching resistor 16. Its output C5 provides the first input signal at reception RI and its output D5 provides the first input signal to receiver R3.
  • the division coupler 14g has its input A6 connected to the duplexer 20 H , and its input B6 connected to an impedance matching resistor 16. Its output C6 provides the second input signal from the receiver RI, and its output D6 provides the second reception input signal R3. Diversity in reception is thus obtained for each of the two receivers. Compared to the embodiment of FIG. 5, that of FIG. 6 requires one more hybrid coupler, and two less duplexers.
  • the radio station comprises four transmission / reception units TRI, TR2, TR3, TR4, two distribution couplers 14- j _, 14 2 , and four division couplers 14 ⁇ , 14 6 , 14 7 , 14 8 .
  • the radio station comprises four transmission / reception units TRI, TR2, TR3, TR4, two distribution couplers 14- j _, 14 2 , and four division couplers 14 ⁇ , 14 6 , 14 7 , 14 8 .
  • the distribution couplers 141_, 14 2 are connected to the polarization couplers 143, 14 ⁇ in the same manner as in the example in FIG. 4.
  • the input BI of the distribution coupler 14 - j _ is connected to the radio signal source T3, while the input B2 of the distribution coupler 142 is connected to the radio signal source T4.
  • the division couplers 14 ⁇ , 14g are connected in the same way as in the example in FIG. 6.
  • the other two division couplers 14-y, 14g which can also be of the type described with reference to FIG.
  • the signals produced by the sources Tl and T3 are emitted in PCG by the two antennas, and those of sources T2 and T4 are emitted in PCD by the two antennas.
  • the embodiment shown in FIG. 8 differs from that in FIG. 7 by the connection of the coaxial cables connected to the outputs Dl and D2 of the distribution couplers coaxial connected to the output Dl of the coupler 14- ⁇ is ç> a ⁇ — a- ⁇ elles connected to the input B4 of the polarization coupler 14 ⁇ , while the output D2 of the other distribution coupler 142 is re Hée to l input A4 of the polarization coupler 14 ⁇ .
  • the four radio signal sources benefit from a polarization emission diversity since the signal delivered by each of them is transmitted in PCG by an antenna and in PCD by the other antenna.
  • the radio station according to the invention also has the advantage of being easily reconfigurable. Starting from an initial configuration such as for example that of FIG. 1, the operator has the possibility of making it evolve according to his needs by adding transmission / reception units, the connection choices by the coaxial cables for gaining directivity or diversity. Even in a complete configuration with four TR1-TR4 units such as that of Figure 7 or 8, the radio power from each of the four sources T1-T4 is fully radiated: there is no undesirable dissipation in resistors d impedance matching.
  • a usable antenna could thus be constituted by a square conductive pattern deposited on a dielectric substrate, two adjacent sides of which would be attacked by the radio signals coming from the associated polarization coupler.
  • the distribution couplers 14- j _, 142 or ⁇ e division 145 ⁇ 14g need not produce quadrature signals. .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)

Abstract

La station radio comprend deux antennes (10, 12) respectivement associées à des premier et second coupleurs hybrides de polarisation en émission (143, 144). Chaque antenne est agencée pour générer deux composantes de champ électrique orthogonales en réponse à deux signaux radio respectifs en quadrature délivrés par son coupleur de polarisation associé. La station comprend en outre au moins un coupleur hybride de distribution (141) ayant une première sortie (C1) reliée à une première entrée (A3) du premier coupleur de polarisation (143) et une seconde sortie (D1) reliée à une première entrée (A4) du second coupleur de polarisation (144), et au moins une source de signal radio (T1) délivrant un signal radio à une première entrée (A1) du coupleur de distribution (141).

Description

STATION RADIO A ANTENNES A POLARISATION CIRCULAIRE
La présente invention concerne une station radio, utilisable notamment comme station de base dans des systèmes de radiotéléphonie cellulaire.
Traditionnellement, les systèmes de radiocommuni¬ cation avec des mobiles utilisent des stations de base pourvues d'antennes à polarisation linéaire verticale. Lorsqu'on souhaite coupler plus d'une source de signal radio sur une antenne, on utilise des dispositifs de type coupleur hybride ayant une seule sortie connectée à l'antenne. Dans ce cas, l'autre sortie du coupleur hybride doit être reliée à une résistance de charge afin d'adapter l'impédance. Cette résistance de charge dissipe la moitié de la puissance radio qui ne se trouve pas rayonnée utilement et provoque un échauffement indésirable.
Un inconvénient de l'utilisation de polarisations linéaires dans les radiocommunications avec les mobiles est que la qualité de la communication dépend de l'orientation de l'antenne du mobile. Par exemple, des mesures ont montré qu'une antenne de véhicule de type coaxiale inclinée à 45° peut provoquer une perte de signal de 80% pour une émission en polarisation linéaire verticale.
Par ailleurs, on sait que des traitements en diversité permettent d'améliorer les performances des systèmes de radiocommunication. Les stations de base des systèmes cellulaires utilisent habituellement une diversité de type spatiale en réception, au moyen de deux antennes à polarisation verticale spatialement séparées. Il a également été proposé d'exploiter une diversité de polarisation plutôt qu'une diversité spatiale. On utilise alors deux antennes placées au même endroit, l'une sensible à la polarisation verticale et l'autre sensible à la polarisation horizontale. Un but de la présente invention est d'améliorer les possibilités offertes pour l'émission par une station de base de radiocommunication.
L'invention propose ainsi une station radio, comprenant deux antennes respectivement associées à des premier et second coupleurs hybrides de polarisation en émission, chaque antenne étant agencée pour générer deux composantes de champ électrique orthogonales en réponse à deux signaux radio respectifs en quadrature délivrés par son coupleur de polarisation associé. La station comprend en outre au moins un coupleur hybride de distribution ayant une première sortie reliée à une première entrée du premier coupleur de polarisation et une seconde sortie reliée à une première entrée du second coupleur de polarisation, et au moins une source de signal radio délivrant un signal radio à une première entrée du coupleur de distribution.
Ainsi, chaque antenne émet une portion du signal radio délivré par la source en polarisation circulaire. En conséquence, la qualité de la réception par le mobile ne dépend plus de l'orientation de son antenne par rapport à une direction de polarisation linéaire.
Dans une première version de l'invention, les coupleurs hybrides sont reliés entre eux et aux antennes de façon que le signal radio délivré par la source soit émis par les deux antennes sous forme de deux ondes radio respectives à polarisation circulaire de même sens. Un positionnement relatif approprié des deux antennes, et un choix approprié des longueurs des câbles coaxiaux reliant les coupleurs entre eux permet alors d'obtenir un gain en directivité a l'émission (jusqu'à 3dB environ). Un tel gain en directivité rend la station de base bien adaptée au cas microcellulaire, surtout lorsqu'on souhaite une pénétration radio à l'intérieur de bâtiments.
Dans une autre version de l'invention, les coupleurs hybrides sont reliés entre eux et aux antennes de façon que le signal radio délivré par la source soit émis par les deux antennes sous forme de deux ondes radio respectives à polarisation circulaire de sens opposés. Ceci procure une diversité de polarisation en émission permettant de combattre les effets du fading. Cette version convient bien dans les cas où le milieu de propagation crée relativement peu de diversité, c'est-à-dire lorsque les ondes émises subissent relativement peu de réflexions (propagation en milieu rural, désert, mer ...) . Le gain de diversité ainsi obtenu peut aller de 3 à 10 dB.
On observe qu'on peut très facilement passer de l'une à l'autre des deux versions évoquées ci-dessus, en modifiant simplement les branchements des câbles coaxiaux raccordés aux coupleurs.
Le même type d'équipement peut ainsi être utilisé pour répondre à différents besoins de l'opérateur du réseau. Les avantages exposés ci-dessus peuvent être obtenus aisément pour plusieurs sources de signaux radio. Les deux étages de couplage ont l'avantage, lorsque plusieurs sources radio sont raccordées, de permettre de rayonner utilement toute la puissance disponible (hors pertes dans les duplexeurs) , ce qui évite de dissiper de la chaleur inutile dans la baie.
L'utilisation des deux antennes selon l'invention permet en outre des dispositions avantageuses dans la partie réception de la station radio. Ces dispositions se combinent avantageusement à celles qu'on vient de mentionner pour la partie émission, mais elles seraient applicables indépendamment. Selon l'une de ces dispositions, la station radio comprend au moins un récepteur assurant un traitement en diversité de deux signaux radio d'entrée, l'un desdits signaux radio d'entrée étant obtenu à partir d'une composante de champ électrique captée par 1 'une des deux antennes selon une première direction, et l'autre signal radio d'entrée étant obtenu à partir d'une composante de champ électrique captée par l'autre antenne selon une seconde direction orthogonale à ladite première direction. Le récepteur cumule alors les avantages d'une diversité spatiale et d'une diversité de polarisation pour combattre le fading. Il est possible de monter plusieurs récepteurs de cette façon.
D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est un schéma d'une station radio selon l'invention ayant une unité d'émission/réception ; - la figure 2 est une vue schématique d'un coupleur hybride utilisable dans une station selon 1 ' invention ;
- la figure 3 est un schéma d'une variante de réalisation de la station de la figure 1 ;
- les figures 4 à 6 sont des schémas de stations radio selon l'invention ayant deux unités d'émission/réception ; et
- les figures 7 et 8 sont des schémas de stations radio selon l'invention ayant quatre unités d'émission/réception. Les stations radio représentées sur les figures 1 et
3 à 8 comprennent deux antennes 10, 12 constituées chacune par deux dipôles croisés colocalisés. Pour chaque antenne, les deux dipôles sont orthogonaux, l'un étant destiné à être placé verticalement, et l'autre horizontalement. Chaque antenne 10, 12 est associée à un coupleur hybride de polarisation en émission respectif 143, 14^. Chacun de ces coupleurs 143, 14^ a deux sorties, l'une C3, C4 attaquant le dipôle horizontal de son antenne associée 10, 12, et l'autre D3, D4 attaquant le dipôle vertical de son antenne associée 10, 12.
Chaque coupleur de polarisation 143, 14^ est choisi de façon à ce qu'il produise deux signaux radio en quadrature sur ses deux sorties C3 et D3, C4 et D4 . Ils peuvent notamment être des coupleurs hybrides de type 0°/90° tels que celui schématisé sur la figure 2. Un tel coupleur comprend un substrat diélectrique, pourvu d'un plan de masse en cuivre, sur lequel est déposé un motif conducteur en cuivre tel que celui représenté sur la figure 2. Ce motif se compose de deux segments parallèles Ai-Ci, Bi-Di espacés de λ'/4, λ' désignant la longueur d'onde des signaux radio tenant compte de la permittivité relative du substrat, et de deux autres segments, également parallèles entre eux et espacés de λ'/4, s'étendant perpendiculairement entre les segments Ai-Ci et Bi-Di. Les extrémités adjacentes Ai, Bi des deux premiers segments constituent les deux entrées du coupleur, tandis que les deux extrémités opposées de ces segments Ci, Di constituent les deux sorties du coupleur 14^ (i=3,4). Avec un tel coupleur, dit coupleur "branchline" , pourvu que les impédances des quatre accès soient adaptées (à 50 Ω typiquement) , le signal radio parvenant sur l'entrée Ai est divisé en deux portions de puissance moitié, l'une en phase délivrée par la sortie Ci, et l'autre déphasée de -90° délivrée par la sortie Di et, symétriquement, le signal radio parvenant sur l'entrée Bi est divisé en deux portions de puissance moitié, l'une en phase délivrée par la sortie Di, et l'autre déphasée de -90° délivrée par l'autre sortie Ci.
Les composantes délivrées par les sorties Ci et Di du coupleur 14j_ sont ainsi toujours en quadrature l'une par rapport à l'autre, de sorte que lorsqu'elles attaquent les deux dipôles orthogonaux de l'antenne associée, les deux composantes de champ électrique orthogonales générées par ces dipôles conduisent à l'émission d'une onde radio à polarisation circulaire. Le sens de polarisation circulaire est différent pour le signal radio parvenant sur l'entrée Ai du coupleur et pour le signal radio parvenant sur l'entrée Bi du coupleur. On considérera par exemple que le signal radio parvenant sur l'entrée Ai est émis en polarisation circulaire gauche (PCG) , et que le signal radio parvenant sur l'entrée Bi du coupleur est émis en polarisation circulaire droite (PCD) . Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, les entrées A3 et A4 des coupleurs de polarisation 143, 144 sont reliées par des câbles coaxiaux respectifs à deux sorties Cl, Dl d'un coupleur hybride de distribution 14-]_. Ce coupleur de distribution 14-ι_ est par exemple conforme à l'hybride décrit en référence à la figure 2 (i=l) . Son entrée Al est reliée à une source ou émetteur de signal radio Tl faisant partie d'une unité d'émission/ réception TRI. L'autre entrée BI du coupleur de distribution 14-^ est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance d'adaptation d'impédance 16. Il en est de même des entrées B3, B4 des coupleurs de polarisation 143, 144.
Avec Le montage de la figure 1, le signal radio délivré par la source Tl est émis en PCG par les deux antennes 10, 12.
Le fait que les deux antennes 10, 12 émettent le même signal radio selon la même polarisation peut être exploité pour procurer un gain en directivité pour ce signal. Ceci est obtenu par un choix approprié de la distance d séparant les deux antennes 10, 12 et des longueurs L, L+ΔL des câbles coaxiaux reliant les sorties Cl, Dl du coupleur de distribution 14-^ aux entrées A3, A4 des coupleurs de polarisation 143, 14^.
On sait que, lorsque deux signaux radio identiques parviennent avec un certain déphasage à deux antennes les émettant selon un mode de polarisation identique, la directivité du système d'émission varie avec la distance d séparant les deux antennes. On peut notamment choisir une distance d conduisant à un fort gain en directivité, de l'ordre de 3 dB par exemple. Dans le cas d'un déphasage nul, on obtient un gain en directivité maximal (2,95 dB) avec le choix d=0,92.λ, λ désignant la longueur d'onde dans l'air des ondes radio. Cette condition de déphasage nul est remplie lorsque ΔL=(n-Δφ/2π)λ' ' . Dans l'expression ci- dessus, ΔL désigne la différence de longueur entre le câble coaxial reliant la sortie Dl du coupleur 14- à l'entrée A4 du coupleur 14^ et le câble coaxial reliant la sortie Cl du coupleur 14-j_ à l'entrée A3 du coupleur 143, n désigne un entier quelconque, λ' ' désigne la longueur d'onde des signaux radio dans les câbles coaxiaux, et Δφ désigne la différence de phase entre la portion du signal radio présente à la sortie Dl du coupleur de distribution et la portion de ce même signal radio présente à la sortie Cl du coupleur de distribution (Δφ=-π/2 dans le cas où le coupleur de distribution 14-^ est du type représenté sur la figure 2) .
Le gain en directivité rend la station radio bien adaptée pour des applications dans des stations de base sectorisées ou dans des stations de base de réseau microcellulaire, notamment lorsqu'on souhaite réaliser une pénétration des ondes radio dans des bâtiments.
Le récepteur RI de l'unité d'émission et de réception TRI est prévu pour assurer un traitement en diversité de deux signaux radio d'entrée, comme il est usuel dans le domaine de la radiotéléphonie cellulaire. La présence des deux antennes 10, 12 dans la station radio permet de combiner les avantages d'une diversité spatiale et d'une diversité de polarisation dans les deux signaux d'entrée du récepteur Ri. L'un de ces signaux d'entrée est la composante horizontale du champ électrique captée par le dipôle horizontal de l'antenne 10, tandis que l'autre signal radio d'entrée est la composante verticale du champ électrique en un autre emplacement captée par le dipôle vertical de l'autre antenne 12. Deux duplexeurs 20H, 22v sont associés respectivement au dipôle horizontal de l'antenne 10 et au dipôle vertical de l'antenne 12 afin de séparer les trajets d'émission et de réception.
Le mode de réalisation représenté sur la figure 3 diffère de celui représenté sur la figure 1 en ce que la sortie Dl du coupleur de distribution 14-j_ est reliée à l'entrée B4 et non à l'entrée A4 du coupleur de polarisation 144, l'entrée A4 étant alors reliée à une résistance d'adaptation d'impédance 16. Dans ce cas, le signal radio issu de la source Tl est émis en PCG par l'antenne 10 et en PCD par l'antenne 12. La station de base procure alors une diversité spatiale et de polarisation à l'émission, de sorte qu'elle est bien adaptée à des milieux de propagation produisant peu de réflexions (milieu rural, désert, mer...) . On remarque que l'installateur de la station peut choisir l'option d'un gain en directivité ou celle d'un gain en diversité simplement en branchant différemment le câble coaxial relié à la sortie Dl du coupleur de distribution
14^. Le même équipement montre ainsi une grande richesse de possibilités obtenue avec des manipulations élémentaires.
Dans les modes de réalisation représentés sur les figures 4 à 6, la station radio comporte une seconde unité d'émission/réception TR2, TR3, avec une source de signal radio T2, T3 et un récepteur à diversité R2, R3. Les avantages exposés précédemment peuvent être obtenus pleinement pour les deux unités d'émission/réception TRI, TR2.
Dans l'exemple représenté sur la figure 4, il est prévu un second coupleur de distribution 142 ' par exemPle °!u type décrit en référence à la figure 2 (i=2) . Le coupleur de distribution 142 a son entrée A2 reliée à la sortie de la source T2, son entrée B2 reliée à une résistance d'adaptation d'impédance 16, sa sortie C2 reliée à l'entrée B3 du coupleur de polarisation 143, et sa sortie D2 reliée à l'entrée B4 du coupleur de polarisation 14^. Ainsi, le signal radio délivré par la source T2 est émis en PCD par les deux antennes 10, 12, tandis que le signal radio délivré par la source Tl est émis en PCG par les deux antennes 10, 12. Ceci permet d'obtenir l'avantage du gain en directivité pour les deux sources de signaux radio . Dans le cas représenté sur la figure 4, le signal radio issu de la source T2 se retrouve avec un déphasage de -90° à la sortie D2 du coupleur 142, et avec un déphasage nul à la sortie C2 (soit un déphasage Δφ' de +90° par rapport à la sortie D2) .
La distance d entre les deux antennes étant de 0,92.λ, la différence de longueur ΔL' entre le câble coaxial reliant la sortie C2 du coupleur 142 a 1 ' entrée B3 du coupleur 143 et le câble coaxial reliant la sortie D2 du coupleur 142 à l'entrée B4 du coupleur 144 est de la forme (n' -Δφ' /2π)λ' ' , n' désignant un entier quelconque, pour obtenir un gain en directivité de 2,95 dB.
Pour la partie réception, deux autres duplexeurs 20v, 22H sont associés respectivement au dipôle vertical de l'antenne 10 et au dipôle horizontal de l'antenne 12 pour séparer les trajets d'émission et de réception. Ces deux duplexeurs fournissent au récepteur R2 de l'unité TR2 ses deux signaux radio d'entrée à diversité spatiale et de polarisation.
L'exemple de réalisation représenté sur la figure 5 diffère de celui de la figure 4 en ce que la sortie Dl du coupleur de distribution 14^ est reliée à l'entrée B4 du coupleur de polarisation 144, tandis que la sortie B2 du coupleur de distribution 142 est reliée a l'entrée A4 du coupleur de polarisation 144. Ce mode de réalisation procure ainsi le gain en diversité pour les deux sources de signaux radio Tl (PCG sur l'antenne 10, PCD sur l'antenne 12) et T2 (PCD sur l'antenne 10, PCG sur l'antenne 12) . L'exemple de réalisation représenté sur la figure 6 fournit des avantages comparables à celui de la figure 5. Dans cet exemple, il n'y a pas de second coupleur de distribution 142, les entrées B3 et A4 des coupleurs 143 et 144 étant reliées à des résistances d'adaptation d'impédance 16. La source T3 de la seconde unité d'émission/réception TR3 est reliée à l'entrée BI du coupleur de distribution 14-1/ de sorte que le signal radio qu'elle délivre est émis en PCG par l'antenne 10 et en PCD par l'antenne 12. Deux coupleurs de division 145, 14g, pouvant être du type représenté sur la figure 2 (i=5,6), sont prévus pour la partie réception. Le coupleur de division 145 a son entrée A5 reliée au duplexeur 22γ, et son entrée B5 reliée à une résistance d'adaptation d'impédance 16. Sa sortie C5 fournit le premier signal d'entrée au réception RI et sa sortie D5 fournit le premier signal d'entrée au récepteur R3. Le coupleur de division 14g a son entrée A6 reliée au duplexeur 20H, et son entrée B6 reliée à une résistance d'adaptation d'impédance 16. Sa sortie C6 fournit le second signal d'entrée du récepteur RI, et sa sortie D6 fournit le second signal d'entrée du réception R3. La diversité en réception est ainsi obtenue pour chacun des deux récepteurs. Par rapport à l'exemple de réalisation de la figure 5, celui de la figure 6 nécessite un coupleur hybride de plus, et deux duplexeurs de moins. Dans les exemples de réalisation représentés sur les figures 7 et 8, la station radio comporte quatre unités d'émission/réception TRI, TR2, TR3, TR4, deux coupleurs de distribution 14-j_, 142, et quatre coupleurs de division 14^, 146, 147, 148. Dans l'exemple de la figure 7, les coupleurs de distribution 141_, 142 sont reliés aux coupleurs de polarisation 143, 14^ de la même manière que dans l'exemple de la figure 4. L'entrée BI du coupleur de distribution 14-j_ est reliée à la source de signal radio T3, tandis que l'entrée B2 du coupleur de distribution 142 est reliée à la source de signal radio T4. Les coupleurs de division 14ς, 14g sont connectés de la même manière que dans l'exemple de la figure 6. Les deux autres coupleurs de division 14-y, 14g, qui peuvent également être du type décrit en référence à la figure 2 (i=7,8), ont un montage analogue pour fournir deux signaux à chacun des récepteurs R2 et R4 à partir des composantes de champ électrique fournies par les duplexeurs 22ττ et 20γ et captées respectivement par le dipôle horizontal de l'antenne 12 et par le dipôle vertical de 1 'antenne 10.
Les signaux produits par les sources Tl et T3 sont émis en PCG par les deux antennes, et ceux des sources T2 et T4 sont émis en PCD par les deux antennes. On peut ainsi bénéficier d'un gain en directivité pour certaines au moins des sources. Par exemple, si la distance d entre les antennes et les différences de longueur ΔL, ΔL' sont choisies de la manière précédemment indiquée, on obtiendra un gain en directivité optimal pour les sources Tl et T2. On peut également envisager des choix sous-optimaux permettant de partager entre les quatre sources les gains en directivité. On peut encore mettre a profit la possibilité d'obtenir des diagrammes de rayonnement différents pour les sources Tl, T2 d'une part et T3, T4 d'autre part, pour créer un système d'antenne multi-faisceaux qui émettrait avec une certaine isolation les signaux issus de Tl et T2 dans une portion de 1 'espace et ceux issus de T3 et T4 dans une autre portion, autorisant ainsi une "sectorisation électronique" de la zone couverte.
L'exemple de réalisation représenté sur la figure 8 diffère de celui de la figure 7 par le branchement des câbles coaxiaux reliés aux sorties Dl et D2 des coupleurs de distribution
Figure imgf000013_0001
coaxial relié à la sortie Dl du coupleur 14-^ est ç>aε—a-ϋleurs relié à l'entrée B4 du coupleur de polarisation 14^, tandis que la sortie D2 de l'autre coupleur de distribution 142 est reHée à l'entrée A4 du coupleur de polarisation 14^. Dans le cas de la figure 8, les quatre sources de signal radio bénéficient d'une diversité d'émission en polarisation puisque le signal délivré par chacune d'entre elles est émis en PCG par une antenne et en PCD par l'autre antenne. On note que la station radio selon l'invention, dont on a déjà souligné la souplesse d'emploi, a encore pour avantage d'être aisément reconfigurable. Partant d'une configuration initiale telle que par exemple celle de la figure 1, l'opérateur a la possibilité de la faire évoluer selon ses besoins en y ajoutant des unités d'émission/réception, les choix de branchement par les câbles coaxiaux permettant d'obtenir un gain en directivité ou en diversité. Même dans une configuration complète à quatre unités TR1-TR4 telle que celle de la figure 7 ou 8, la puissance radio issue de chacune des quatre sources T1-T4 est entièrement rayonnée : il n'y a pas de dissipation indésirable dans des résistances d'adaptation d'impédance.
L'invention a été décrite précédemment dans le cas où les antennes 10, 12 sont constituées de deux dipôles croisés. L'homme du métier appréciera que d'autres géométries d'antenne seraient utilisables dans le cadre de la présente invention, dès lors qu'elles permettent de générer deux composantes de champ électrique orthogonales en réponse à deux signaux radio en quadrature. Une antenne utilisable pourrait ainsi être constituée par un motif conducteur carré déposé sur un substrat diélectrique, dont deux côtés adjacents seraient attaqués par les signaux radio issus du coupleur de polarisation associé.
Par ailleurs, on peut employer des coupleurs hybrides différents de celui illustré par la figure 2. En particulier, il n'est pas nécessaire que les coupleurs de distribution 14-j_, 142 ou ^e division 145~14g produisent des signaux en quadrature.

Claims

REVENDICATIONS
1. Station radio, caractérisée en ce qu'elle comprend deux antennes (10,12) respectivement associées à des premier et second coupleurs hybrides de polarisation en émission (143,144), chaque antenne étant agencée pour générer deux composantes de champ électrique orthogonales en réponse à deux signaux radio respectifs en quadrature délivrés par son coupleur de polarisation associé, et en ce qu'elle comprend en outre au moins un coupleur hybride de distribution (14-|_) ayant une première sortie (Cl) reliée à une première entrée (A3) du premier coupleur de polarisation (I43) et une seconde sortie (Dl) reliée à une première entrée (A4) du second coupleur de polarisation (I44), et au moins une source de signal radio (Tl) délivrant un signal (radio) à une première entrée (Al) du coupleur de distribution (14^) •
2. Station radio selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits coupleurs hybrides
Figure imgf000015_0001
sont reliés entre eux et aux antennes (10,12) de façon que le signal radio délivré à ladite première entrée (Al) du coupleur de distribution (14-^) soit émis par les deux antennes sous forme de deux ondes radio respectives à polarisation circulaire de même sens.
3. Station radio selon la revendication 2, caractérisée en ce que la distance (d) entre les deux antennes (10,12) et les longueurs (L,L+ΔL) des câbles coaxiaux reliant respectivement la première sortie (Cl) du coupleur de distribution (14-j_) à la première entrée (A3) du premier coupleur de polarisation (I43) et la seconde sortie (Dl) du coupleur de distribution (14]_) à la première entrée (A4) du second coupleur de polarisation (I44) sont choisies de manière à obtenir un gain en directivité pour le signal radio délivré à ladite première entrée (Al) du coupleur de distribution (14-^) •
4. Station radio selon la revendication 3, caractérisée en ce que la distance (d) entre les deux antennes (10,12) est de l'ordre de 0,92.λ, λ désignant la longueur d'onde dans l'air des ondes radio, et en ce que la différence de longueur (ΔL) entre le câble coaxial reliant la seconde sortie (Dl) du coupleur de distribution (14^) à la première entrée (A4) du second coupleur de polarisation (144) et le câble coaxial reliant la première sortie (Cl) du coupleur de distribution (141) à la première entrée (A3) du premier coupleur de polarisation (I43) est de la forme (n-Δφ/2π)λ' ' où n est un entier, λ' ' est la longueur d'onde des signaux radio dans les câbles coaxiaux, et Δφ est la différence de phase entre la portion du signal radio délivré à ladite première entrée (Al) du coupleur de distribution (14^) présente à la seconde sortie (Dl) du coupleur de distribution et la portion du même signal radio présente à la première sortie (Cl) du coupleur de distribution.
5. Station radio selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits coupleurs hybrides (14]_, 143,144) sont reliés entre eux et aux antennes (10,12) de façon que le signal radio délivré à ladite première entrée (Al) du coupleur de distribution (14^) soit émis par les deux antennes sous forme de deux ondes radio respectives à polarisation circulaire de sens opposés.
6. Station radio selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend une autre source de signal radio (T3) délivrant un autre signal radio à une seconde entrée (BI) dudit coupleur de distribution (14-j_) .
7. Station radio selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend des premier et second coupleurs de distribution (14-j_,142) et des première et seconde sources de signal radio (Tl,T2) , le premier coupleur de distribution (14 ) ayant une première entrée (Al) recevant un premier signal radio délivré par la première source de signal radio (Tl) , une première sortie (Cl) reliée à une première entrée (A3) du premier coupleur de polarisation {143) et une seconde sortie (Dl) reliée à une première entrée (A4;B4) du second coupleur de polarisation (I44) , et le second coupleur de distribution (142) ayant une première entrée (A2) recevant un second signal radio délivré par la seconde source de signal radio (T2), une première sortie (C2) reliée à une seconde entrée (B3) du premier coupleur de polarisation (I43) et une seconde sortie (D2) reliée à une seconde entrée (B4;A4) du second coupleur de polarisation (I44) .
8. Station radio selon la revendication 7, caractérisée en ce que lesdits coupleurs hybrides (14j_-144) sont reliés entre eux et aux antennes (10,12) de façon que chacun desdits premier et second signaux radio soit émis par les deux antennes sous forme de deux ondes radio respectives à polarisation circulaire de même sens.
9. Station radio selon la revendication 8, caractérisée en ce que la distance (d) entre les deux antennes (10,12) et les longueurs (L,L+ΔL) des câbles coaxiaux reliant respectivement la première sortie (Cl) du premier coupleur de distribution (14-j_) à la première entrée
(A3) du premier coupleur de polarisation (I43), la seconde sortie (Dl) du premier coupleur de distribution (14^) à la première entrée (A4) du second coupleur de polarisation (I44) , la première sortie (C2) du second coupleur de distribution (142) à la seconde entrée (B3) du premier coupleur de polarisation (143), et la seconde sortie (D2) du second coupleur de distribution (142) à la seconde entrée (B4) du second coupleur de polarisation (144) sont choisies de manière à obtenir un gain en directivité pour chacun desdits premier et second signaux radio.
10. Station radio selon la revendication 9, caractérisé en ce que la distance (d) entre les deux antennes (10,12) est de l'ordre de 0,92.λ, λ désignant la longueur d'onde dans l'air des ondes radio, et en ce que la différence de longueur (ΔL) entre le câble coaxial reliant la seconde sortie (Dl) du premier coupleur de distribution (14-^) à la première entrée (A4) du second coupleur de polarisation (I44) et le câble coaxial reliant la première sortie (Cl) du premier coupleur de distribution (14j_) à la première entrée (A3) du premier coupleur de polarisation (I43) est de la forme (n-Δφ/2π)λ' ' où n est un entier, λ' ' est la longueur d'onde des signaux radio dans les câbles coaxiaux, et Δφ est la différence de phase entre la portion du premier signal radio présente à la seconde sortie (Dl) du premier coupleur de distribution et la portion du premier signal radio présente à la première sortie (Cl) du premier coupleur de distribution, et en ce que la différence de longueur (ΔL') entre le câble coaxial reliant la première sortie (C2) du second coupleur de distribution (142) a ^a seconde entrée (B3) du premier coupleur de polarisation (I43) et le câble coaxial reliant la seconde sortie (D2) du second coupleur de distribution (142) a ^a secon(^e entrée (B4) du second coupleur de polarisation (I44) est de la forme (n1 -Δφ' /2π)λ' ' , où n' est un entier et Δφ' est la différence de phase entre la portion du second signal radio présente à la première sortie (C2) du second coupleur de distribution et la portion du second signal radio présente à la seconde sortie (D2) du second coupleur de distribution.
11. Station radio selon la revendication 7, caractérisée en ce que lesdits coupleurs hybrides
Figure imgf000018_0001
sont reliés entre eux et aux antennes (10,12) de façon que chacun desdits premier et second signaux radio soit émis par les deux antennes sous forme de deux ondes radio respectives à polarisation circulaire de sens opposés.
12. Station radio selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisée en ce que l'un au moins des premier et second coupleurs de distribution
Figure imgf000018_0002
a une seconde entrée (BI, B2) reliée à une autre source de signal radio (T3,T4).
13. Station radio selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un récepteur (RI) assurant un traitement en diversité de deux signaux radio d'entrée, l'un desdits signaux radio d'entrée étant obtenu à partir d'une composante de champ électrique captée par l'une des deux antennes (10) selon une première direction, et l'autre signal radio d'entrée étant obtenu à partir d'une composante de champ électrique captée par l'autre antenne (12) selon une seconde direction orthogonale à ladite première direction.
14. Station radio selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux récepteurs (R1,R3) assurant chacun un traitement en diversité de deux signaux radio d'entrée respectifs, un premier coupleur de division (I45) ayant une entrée (A5) recevant un signal radio obtenu à partir d'une composante de champ électrique captée par une antenne (12) selon la première direction et deux sorties (C5, D5) délivrant chacune une signal radio d'entrée à un récepteur respectif (R1,R3), et un second coupleur hybride de division (14g) ayant une entrée (A6) recevant un signal radio obtenu à partir d'une composante de champ électrique captée par l'autre antenne (10) selon la seconde direction et deux sorties (C6,D6) délivrant chacune l'autre signal radio d'entrée à un récepteur respectif (R1,R3) .
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